過飽和鋁酸鈉溶液種分過程的研究

劉 晨 陳科云 何航軍 陶 媛

（廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023）

過飽和鋁酸鈉溶液種分過程的研究

劉 晨 陳科云 何航軍 陶 媛

（廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023）

對過飽和鋁酸鈉溶液種分過程進行了實驗研究。研究以不同添加劑對鋁酸鈉溶液分解率的影響規律。結果表明：在相同實驗條件下，陰離子表面活性劑A、B可使分解率提高3%左右；非離子表面活性劑C、D可使分解率提高2%～8%左右。當陰離子表面活性劑E添加量為140mg/L時，分解率可提高5%左右；當非離子表面活性劑F添加量為3.57mg/L時，分解率提高18%左右。

鋁酸鈉溶液；晶種分解；表面活性劑；分解率

種分過程是拜耳法生產氧化鋁的關鍵工序之一，它不僅影響產品氧化鋁的數量和質量，而且直接影響循環效率和生產的技術經濟指標。它是將精濾后的過飽和鋁酸鈉溶液在添加大量氫氧化鋁晶種、持續攪拌的條件下，使溶液發生分解，析出氫氧化鋁[1]。過飽和鋁酸鈉溶液能自發分解析出Al(OH)3，但速度很慢，粒度也細。為了滿足工業生產的要求，鋁酸鈉溶液的分解必須有晶種參加，其反應式如下：

為了提高種分的分解率和得到合適的產品，人們研究了各種添加劑對種分過程的影響，并為強化分解過程尋找合理的途徑[2～6]。由于顆粒表面包裹著液層，如果加入能夠引起顆粒表面疏水的添加劑，則不僅可以促進附聚的發生，也可以加速晶體的生長和二次成核。

陳文汨[7]等人研究了一種結晶添加劑對種分過程的影響，研究表明它能降低二次成核過程臨界成核半徑，加快二次成核、附聚過程中細粒子之間的附聚，減少溶液中的細粒子數，加速溶液中氫氧化鋁的析出，提高產率。趙蘇等人研究表明：在鋁酸鈉溶液的晶種分解過程中，加入一定量的不飽和脂肪酸型陰離子表面活性劑，可以強化分解過程，使溶液的分解率得到提高[8]；同時能提高產品氫氧化鋁的質量,使氫氧化鋁的粒度增大，強度提高。向鋁酸鈉溶液中加入一定量的鋁鹽，如 AlF3、AlCl3、Al2(SO4)3、K2SO4·Al2(SO4)·24H2O[9]和鐵鹽，當其中添加量達到或超過溶液中的氧化鋁含量的1%時，可促進鋁酸鈉溶液分解。

本文研究了表面活性劑對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響，著重研究不同陰離子型、非離子型表面活性劑及其添加量對鋁酸鈉溶液分解率影響的研究。

1 實驗

采用工業Al(OH)3和NaOH在不銹鋼桶中加熱溶解的方法配制鋁酸鈉溶液，晶種為工業Al(OH)3，實驗規格為1升，采用程序控制降溫制度。在規定時間取樣，經離心分離，用滴定法分析溶液中的Al2O3、Na2Ok濃度，并計算分解率。

2 結果與討論

2.1 陰離子型表面活性劑對晶種分解過程的影響

實驗研究了陰離子型添加劑種類、添加劑濃度對鋁酸鈉溶液分解過程的影響，并將分解過程的分解率與反應時間的關系繪于圖1～2中。

由圖1可見，反應前0～8h內反應較為穩定，分解率提高的較為緩慢。在8h加入添加劑A、B后分解率顯著提高，在反應進行8～25h間分解率顯著提高，分別相對空白樣分解率提高2%和3%。

由圖2可以看出，表面活性劑E對鋁酸鈉溶液的分解率有明顯影響，分解率隨著表面活性劑添加量的增加而提高。添加量不足70mg/L時，溶液分解率有所下降；當添加劑加入量140mg/L時，分解率比空白提高8%左右。若添加量繼續增加，分解率提高并不明顯。

圖1 陰離子表面活性劑A和B 圖2 陰離子表面活性劑E的對分解率的影響 添加量對分解率的影響（Al2O3 =190.9g/L，αk=1.64） （Al2O3=231.7g/L，αk =1.33）Fig .1 Influence of anion surfactants A and B on precipitation rateFig .2 Influence of concentration from anion surfactantsE on precipitation rate

2.2 非離子型添加劑對晶種分解過程的影響

實驗研究了非離子型添加劑種類、添加劑濃度對鋁酸鈉溶液分解過程的影響，并將分解過程的分解率與反應時間的關系繪于圖3～4中。

由圖3可見，反應前0～8h內反應較為穩定，分解率提高的較為顯著。在8h加入添加劑C、D后，分解率較空白樣分別顯著提高。在反應進行8～66h間分解率穩定提高，在分解終點提高幅度較大。添加劑C、D分別使分劑率2%和8%。

圖3 非離子表面活性劑C和D 圖4 非離子表面活性劑F的對分解率的影響 添加量對分解率的影響（Al2O3=170g/L, αk=1.76） （Al2O3=170g/L, α k=1.33）Fig .3 Influence of non-ionic surfactants A and B on precipitationFig .4Influence of concentration from non-ionicrate surfactants F on precipitation rate

由圖4可知，表面活性劑F對鋁酸鈉溶液的分解率有明顯影響。當添加劑加入量為3.57mg/L時，分解率比空白提高18%左右。當添加劑加入量為4.30mg/L時，分解率比空白提高 10%左右。總的看來，隨著表面活性劑添加量的增加，鋁酸鈉溶液的分解率也會隨之提高。當添加量增大到一定值時，分解率將不會繼續提高。

2.3 表面活性劑在晶種分解過程中的作用機理探討

由于氫氧化鋁顆粒表面帶正電荷，在鋁酸鈉溶液種分過程中添加適當的陰離子表面活性劑，不僅可以強化鋁酸鈉溶液的晶種分解過程，還可提高 Al(OH)3產品粒度和強度。由于陰離子表面活性劑的有效官能團荷負電，它加入鋁酸鈉溶液后必然同溶液中的氫氧化鋁粒子相互作用，從而影響鋁酸溶液的分解過程。

非離子表面活性劑在水溶液中不電離，其親水基主要由具有一定數量的含氟基團（一般為醚基和羥基）構成，非離子表面活性劑含有的親水基可能與 Al(OH)4-發生螯合，而促使Al(OH)4

-分解析出。在鋁酸鈉溶液種分過程中，氫氧化鋁晶種表面帶正電荷，因此，氫氧化鋁表面緊密吸附著帶負電荷的OH-，形成雙電層結構，在溶液中，OH-離子又水化，形成體積更大的水化離子，所以每個氫氧化鋁粒子都是一個帶負電荷的大膠團，膠團離子互相排斥，析晶困難。當入陰離子表面活性劑后，反離子進入滑動面，壓縮雙電層，使ζ電勢減小，膠粒易于聚沉，從而提高分解率。當添加劑濃度不足100mg/L時，分解率提高不明顯甚至有所下降，主要是表面活性劑用量不足，氫氧化鋁粒子表面沒有完全被有機物覆蓋，導致晶種表面既有OH-離子，同時又吸附有機酸根離子，空間位阻加大，有效碰撞次數減少，不利于晶體的析出。

3 結論

1）在添加表面活性劑A、B、C和D后分解率都有不同程度的提高。在8h加入添加劑A、B后分別相對空白樣分解率提高2%、3%，添加劑C、D分別使分劑率2%、8%。

2）隨著陰離子表面活性劑E的添加，溶液的分解率也會隨之提高。添加量不足70mg/L時，溶液分解率有所下降；當添加劑加入量140mg/L時，分解率比空白提高8%左右。若添加量繼續增加，分解率提高并不明顯。

當非離子表面活性劑F加量增大到一定值時，分解率將不會繼續提高。當添加劑加入量為3.57mg/L時，分解率比空白提高18%左右。當添加劑加入量為4.30mg/L時，分解率比空白提高10%左右。

[1] 楊重愚.輕金屬冶金學[M].第一版.北京:冶金工業出版社,2004.

[2] 下里純一郎.鋁酸鈉溶液的特性[J].工業化學雜志,1962,65,(11):1779-1782.

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[7] 趙蘇,畢詩文,楊毅宏,謝雁麗.種分過程添加劑對氫氧化鋁粒度強度的影響[J].東北大學報(自然科學版),2003,24(10):939-941.

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[9] MKwavid,邱德明譯.鋁酸鈉溶液活性晶種及分解[M].貴陽:貴陽科技部出版,1981,115-127.

Study of seeded precipitation of supersaturated sodium aluminate solution

The influence of the kind of surfactants and its amount on the process of seeded precipitation of supersaturated sodium aluminate solution was investigated in this paper. Results show that compared with the samples with no additive, anion surfactants A and B can increase the precipitation rate by 3%, non-ionic surfactants can increase the precipitation rate by 2%～8%. The precipitation rate increased by 5%, when the concentration of E was 140mg/L.The precipitation increased by 18% after adding 3.57mg/L non-ionic surfactant F.

sodium aluminate solution; seeded precipitation; surfactant; precipitation rate

TF 802

A

1008-1151(2012)01-0036-02

2011-10-18

劉晨，男，廣西冶金研究院高級工程師，從事有色金屬提取冶金技術研究及工程設計。

陳科云，男，從事有色金屬提取冶金技術研究及工程設計。